Хід роботи

Скляна ложечка, на яку кладуть пластинки, закріплюють в тримачі за допомогою гвинта. Включають лампу освітлювача, об’єктив приладу переміщують безпосередньо до круглого столика і повертанням кільця оправи об’єктиву одержують різке зображення контурів ложечки на екрані (матовому склі). Підготовлену алюмінієву пластинку кладуть на скляну ложечку і за допомогою встановлюючих гвинтів: круглого і гвинта тримача, який змінює кут нахилу ложечки, знаходять таке положення пластинки, щоб її зображення на екрані мало вигляд різко окресленої горизонтальної лінії, розташованої приблизно посередині екрану. Потім за допомогою піпетки обережно наносять краплину води на поверхню пластинки біля самого краю її, повернутого до екрану. Остаточно регулюють об’єктив для одержання найбільш різкого зображення контурів краплі та пластинки. Звільнивши верхні аретуючі гвинти тримача транспортиру обережно, щоб не пошкодити матового скла, рухають транспортир від руки так, щоб центр його – точка перетину перпендикулярних ліній була зміщена до повного співпадання з вершиною крайового кута на зображенні краплини. Остаточне встановлення здійснюється за допомогою мікрометричних гвинтів - з лівого боку екрану (який переміщує транспортир в горизонтальному положенні) і нижнього, на стелажі екрану (який пересуває весь екран вертикально).

Горизонтальна лінія транспортиру повинна співпадати із зображенням поверхні пластинки і по його конусу роблять перший відлік – ₀. Відлік роблять тричі і з них виводять середнє значення ₀. Потім транспортир повертають в таке положення, щоб його вертикальна лінія стала б дотичною до зображення поверхні краплі і по конусу транспортиру здійснюють другий відлік (тобто відліки знову повторюють тричі). Різниця середніх значень –₀= дає величину крайового кута. Таким же чином визначають крайовий кут на другому боці зображення краплі і з двох його значень (які повинні бути близькими) беруть середнє. Відліки по шкалі транспортира досить брати з точністю до 1⁰. Після вимірювання відразу ж виключають лампу, щоб уникнути її перегрівання. Для невеликих крапель, які помітно не деформуються під дією сили тяжіння, можна визначити крайовий кут, вимірюючи на зображенні краплі на екрані висоту h сегменту і його діаметр. Ці вимірювання здійснюють за допомогою міліметрових шкал, нанесених на обидві перпендикулярні лінії транспортиру. Розрахунки крайового кута в цьому випадку здійснюють таким чином (рис.1.8):

а) б)

Рис.1.8. Схема визначення крайового кута:

а – для кутів 90⁰; б – для кутів 90⁰.

Для кутів 90⁰ (рис.1.8.а), враховуючи, що діаметр рівний 2r:

і

звідки

; ;

Для кутів 90⁰ , коли крапля не змочує поверхні (рис.1.8.б):

звідки

Користуючись таблицею тригонометричних величин, знаходять значення  та cos.

Якщо вимірювати змочування на межі тверде тіло–крапля, яка знаходиться у повітрі, то в цих умовах часто крапля може утворювати крайовий кут, величина якого не відповідає стану рівноваги. Це явище, яке називається гістерезисом змочування, пояснюється тим, що повітря заважає рідині змочувати тверду поверхню. Для усунення гістерезису змочування методика вимірювання крайового кута іноді видозмінюється так, що досліджувану тверду поверхню занурюють в рідину, яка знаходиться в посудині з плоскопаралельними стінками, і знизу підводять за допомогою піпетки із загнутим капілярним кінцем бульбашку повітря. За цих умов гістерезис практично відсутній, оскільки тверда поверхня до досліду знаходиться в тривалому контакті з рідиною.

Крайовий кут прийнято відраховувати завжди так, щоб дотична була спрямована у водну фазу.

Особливе значення при вимірюваннях крайового кута має чистота пластинок та посуди, оскільки випадкові забруднення дуже змінюють його величину. Тому у всіх дослідах пластинки необхідно брати тільки пінцетом за ребро або кут пластинки. Піпетки при зміні розчину слід кожен раз ретельно промивати.

Суть даної роботи полягає у вивченні впливу адсорбційних дарів на змочуваність алюмінію (тобто гідрофілізація і гідрофобізація поверхні алюмінієвих пластинок) та одержанні “мокрого” парафіну (тобто гідрофілізація парафінових пластинок).

Для виконання першої частини роботи алюмінієві пластинки, вирізані з одного листа металу, вирівнюються пресом і ретельно обезжирюються ватою, змоченою бензолом. Для роботи необхідно відібрати декілька пластинок, які дають крайові кути, що відрізняються не більше, ніж на 4-5°.

Для гідрофілізації поверхні алюмінію готують водні розчини сапоніну слідуючих концентрацій: 0,01; 0,1; 0,5; 1%. Алюмінієві пластинки занурюють на 10–15 хв в розчини сапоніну і тим самим гідрофілізують їх поверхню.

Гідрофілізувча роль сапоніну пояснюється здатністю цієї речовини утворювати при адсорбції на поверхнях гелеподібні сітчаті структури. Утворення таких жорстких структур ускладнює повну орієнтацію всіх багаточисельних полярних груп сапоніну до полярної поверхні алюмінію (покритого оксидною плівкою Al₂O₃), внаслідок чого поверхня стає достатньо гідрофілізованою за рахунок залишкових неорієнтованих до алюмінію гідроксильних груп. При адсорбції на неполярній (гідрофобній) поверхні молекули сапоніну адсорбуються своїми вуглеводневими частинками.

Гідрофобізацію поверхні алюмінію здійснюють шляхом занурення пластинок в розчини стеаринової кислоти в бензолі. Для досліду готують розчини стеаринової кислоти таких концентрацій: 0,01; 0,1; 0,5; 1%. Алюмінієві пластинки витримують в цих розчинах також протягом 10–15 хв.

Після того, як пластинки, витримані певний час (необхідний для встановлення рівноважної адсорбції) у відповідних розчинах, спочатку пінцетом виймають пластинки, які знаходяться в розчинах сапоніну. Для того, щоб висушити ці пластинки і не пошкодити утворений адсорбційний шар, необхідно їх розташувати похило на скляну паличку, підклавши під них фільтрувальний папір. Після цього виймають пластинки з розчинів стеаринової кислоти і висушують (бензол випаровується швидко). Потім висушені пластинки по черзі поміщають на тримач приладу, наносять на них краплю води (діаметр краплі не повинен перевищувати 2-3 мм) і визначають крайові кути.

Дані всіх вимірювань записують в таблицю і розраховують середнє значення крайового кута для кожної концентрації розчинів:

Речовина	Концентрація розчину, %	 справа, град	 зліва, град	 середнє, град	В=cos, град
Сапонін
Стеаринова кислота
“Мокрий” парафін

На основі одержаних даних будують ізотерми змочування В=f(С).Обидві ізотерми починаються з однієї точки, що відповідає величині В для чистої пластинки, тобто коли концентрація гідрофілізуючого або гідрофобізуючого розчину рівна нулю.

Для виконання другої частини роботи – гідрофілізації парафіну – алюмінієва пластинка занурюється на декілька секунд в розплавлений парафін і виймається з нього обережно пінцетом. На пластинку з парафіновим шаром наносять краплю води і вимірюють крайовий кут змочування. Потім вода замінюється розчинами сапоніну вищевказаних концентрацій. Для кожної концентрації вимірюють крайовий кут. Перед тим, як розпочати вимірювання, необхідно зачекати 5–10 хв., після нанесення краплі розчину сапоніну, для встановлення адсорбційної рівноваги.

Одержані результати зображають також у вигляді ізотерми змочування В=f(С).

Визначають, при якій концентрації поверхнево-активної речовини парафін гідрофілізується, тобто стає “мокрим" і таким чином знаходять точку інверсії.